条形基础稳定性弹塑性大变形有限元分析

对土体失稳过程中弹塑性大变形的问题,采用大变形问题的Updated Lagrangian描述方法,建立了土体稳定分析的弹塑性大变形有限元模型,提出了坐标更新和非线性方程组线性化的方法：计算了均布竖向荷载情况下的条形基础地基稳定性,通过与Prandtl解和弹塑性小变形有限元法所得结果的对比,说明了用弹塑性大变形有限元法进行土体稳定性计算是可行的．通过对倾斜荷载作用并考虑土体自重情况下的条形基础地基稳定性分析,表明弹塑性大变形有限元法不仅能反映土体抗剪强度指标对土体稳定性影响,而且也能反映土体弹性参数对土体稳定性影响,说明了用弹塑性大变形有限元法计算土体稳定性的合理性及对工程安全的重要性．     

交通荷载作用下道路与软土地基弹塑性变形分析

建立了循环荷载作用下软黏土地基中孔压发展的经验模型，通过回归分析得到了模型计算参数.采用动态弹塑性有限元法分析了交通荷载作用下道路与软土地基共同作用的变形特性，考虑了孔压对软土地基变形特性的影响.提出了交通荷载在软土地基中的“临界影响深度”的概念，通过计算实例分析表明,在给定工况下交通荷载在软土地基中的临界影响深度约为10 m，有效影响深度约为18 m，为道路工后沉降计算提供了参考.     

2.5D有限元分析列车荷载引起非饱和土地面振动

为研究高速列车荷载引起非饱和土地面振动,将地基视为三相介质,开发非饱和地基2.5维有限单元方法.用Euler梁模型模拟轨道系统,对控制方程进行时间Fourier变换和轨道方向波数变换,结合边界条件和Galerkin法推导出频域内2.5维有限元方程,频域-波数域内解答通过快速Fourier逆变换得到时域-空间域结果,通过数值分析考察车速和路基饱和度对地面振动及超静孔隙水压力影响.结果表明:车速较低时,路基从近饱和到完全饱和轨道中心处地面竖向振动位移幅值显著增加;同一速度下非饱和路面加速度幅值大于饱和路面,其地面振动位移和加速度随时间更快衰减.同一车速下距轨道中心8 m处非饱和路基地面振动加速度峰值远大于饱和路基,车速超过300 km/h后两者地面振动位移幅值趋于相等.近轨道处地面振动幅值快速衰减,远轨道处衰减变慢.轨道中心下超静孔隙水压力分布深度为地表下0～4.5 m,最大峰值约在1.8 m,且随路基饱和度降低显著减少.     

倾斜软弱地基上路堤的变形特征研究

基于强度折减有限元法,对倾斜软弱地基填方工程的基本特征进行了考察.对比分析表明:水平软弱地基填方工程中地基的侧向位移和竖向沉降基本以中心轴对称分布,而在倾斜软弱地基填方工程中不再按对称分布,明显向路堤下坡脚处快速发展,地基的倾斜对侧向位移的分布影响很大;随着路堤的分层填筑,路堤稳定性逐渐降低,到填筑结束时稳定性达到最小值,且倾斜软弱地基的稳定性明显小于水平软弱地基;与水平软弱地基的向两侧坡脚处破坏不同,倾斜软弱地基为沿地基倾斜方向向下滑裂破坏,具体破坏模式与软弱层的厚度有关.分析还表明,若需要对倾斜软弱地基进行加固,加固位置应位于侧向位移或位移增量为最大值处的下坡脚附近.     

地基弹性反力与板式基础共同工作的精确算法

推导了一种精确的地基弹性反力与板式基础共同工作的计算方法.本方法引入了地基弹性反力刚度矩阵的概念,与传统的计算方法相比理论上具有更高的精度.结合具体算例,将本算法和传统算法的结果进行对比表明,这一新算法是有效的,且将对更加精确地计算基础变形起到积极作用.     

纯弯曲理想弹塑性模型梁大变形的优化算法

目的研究纯弯曲理想弹塑性模型悬臂梁大变形问题.方法以受弯曲力偶作用的纯弯曲理想弹塑性模型悬臂梁变形后的平衡状态为研究对象，应力-应变关系采用理想弹塑性模型；再将其分为若干微段，通过整体坐标的递推关系式求得微段端点坐标，构建微段端点未知坐标的目标函数；最后确定纯弯曲理想弹塑性模型悬臂梁大变形的最优化问题，并编制相应优化程序进行求解.结果将本文优化算法用于分析典型算例，并同有限元方法的计算结果相比较，说明提出的优化算法的正确性和有效性.结论本文优化算法为纯弯曲理想弹塑性模型悬臂梁的非线性分析增加了一种新的处理方法，由于其是在变形后的位置上建立平衡方程，因此，适合于非线性分析，具有广阔的应用前景.     

临界移动速度荷载作用下地基的振动特性

边学成通过建立2.5维有限单元结合薄层单元方法，研究了接近或超过临界速度的移动荷载作用下地基三维振动问题.通过沿荷载移动方向的波数变换将三维问题降维成每个节点有3个自由度的平面应变问题，极大地提高了计算效率.采用有限单元模拟荷载作用范围所在的地基近场区域，用动力薄层单元构建透射边界来模拟波从近场向无穷远处的传播.通过数值计算给出了地基表面振动的动力时程和三维波动场的分布，发现当移动荷载的马赫数接近或大于1.0时地基中产生明显的波动传播现象.     

不平顺路面对交通荷载引起的地基振动影响

为研究不平顺路面对交通荷载引起的成层地基振动的影响,建立交通荷载-不平顺路面-双层地基耦合模型,分别采用单相弹性介质理论与Biot饱和两相介质理论模拟地基上、下层土体,采用Kirchhoff薄板理论模拟路面系统,采用正弦曲线模拟不平顺路面;通过线性Hertzian接触模型得到不平顺路面引发的车轮-路面动力荷载. 采用Fourier变换求解系统控制方程,通过快速Fourier逆变换（IFFT）求得时域结果. 数值研究结果表明,不平顺路面引发的车轮-路面动力荷载对成层地基振动响应的影响不容忽视. 当上层土体模量较小时,动力荷载引起的地表加速度大于轴重荷载引起的加速度,是引起地表振动响应的主要因素;随着上层土体模量增大,动力荷载引起的振动相对减小,但仍不可忽略. 此外,动力荷载是引起下卧饱和土地基超静孔压响应的主要因素.     

矩形地基厚板的有限变形动力学方程

以有限变形连续体的最小加速度原理为基础,导出了在任意横向动力载荷作用下各类典型工程边界条件下放置于地基上的矩形厚板的有限变形运动方程,该方程反映了横向剪切效应、膜力效应和转动惯性效应;其退化形式符合公认的结果.所采用方法具有推导过程直接、简便、结果正确的特点.所得到的运动方程与几何方程、本构方程等构成地基厚板的有限变形动力控制方程,从而对于分析板的大变形冲击动力学问题具有意义.     

长期反复荷载作用下软黏土地基的变形特性

软黏土地基在长期反复荷载作用下容易产生变形大、沉降时间长且难于预测等问题。针对该问题,通过太沙基一维固结理论,求解了矩形及梯形反复荷载作用下软黏土地基的一维固结解析解;利用ABAQUS有限元软件,提出了一种反复荷载作用下软黏土地基长期固结变形的数值分析预测方法。利用该方法结合工程实例详细分析了反复荷载下软黏土地基沉降、孔隙压力和有效应力及孔隙比等随时间的长期发展变化规律,发现沉降量与反复荷载的水平加载段时间成正比;孔隙水压力的最终发展趋势是围绕0值上下波动;有效应力随着加载次数逐渐增加;孔隙比的变化与土层深度、加载大小与加载次数有关,并将不同荷载类型下的模拟值、理论值和实测数据进行了分析比对,发现等效的反复荷载下的沉降曲线与实测值吻合较好。     

高速列车随机激振载荷无砟轨道路基的动应力分布规律

相较于传统的列车-轨道-路基整体耦合三维有限元模型,提出一种优化处理列车荷载的方法,基于多体系统动力学理论建立列车-轨道垂向耦合模型,并通过数值计算得到考虑了轨道随机不平顺条件下的轮轨激振载荷,随后利用二次开发子程序将轮轨载荷导入无砟轨道-路基-天然地基土非线性数值分析三维有限元模型,在此基础上研究分析高速移动荷载作用...     

地震-高铁荷载共同作用下分层地基震动规律

为研究地震期间高速列车运行引起的地基震动规律,基于等效荷载法推导了频域内地震荷载输入公式,采用等效线性化方法考虑地基土非线性特性,结合高铁荷载下地基振动2.5维有限元计算方法,建立了地震-高铁荷载共同作用下非线性分层地基2.5维有限元模型,计算分析了车速及地基软硬对两动荷载共同作用下分层地基震动影响。结果表明：地震-高铁荷载引起的轨道中心处地面震动位移随车速的增大而增大;车速相同时轨道中心处地面震动位移随地基土刚度的增大而减小。地震和高铁荷载共同作用时地基震动会产生低频放大效应,车速越高、地基越软时地基低频震动放大效应越明显;两动载共同作用引起的地基中高频震动主要受列车荷载影响。近轨道中心处,地面震动主要受地震和高铁荷载共同作用影响;距轨道中心较远处,地面震动主要受地震荷载影响,高铁荷载的影响较小。     

采用能量有限元分析的高速列车车内噪声预测

采用能量有限元分析（EFEA）并引入车体隔声效应建立高速列车（HST）车厢结构和声腔模型,综合考虑机械激励和声激励源,预测分析车内全频噪声. 通过试验及仿真计算获取模型结构和声腔参数;采用多体动力学仿真、声学有限元法和非线性声学方法求解得到车外激励源,包括轮轨力、二系悬挂力、轮轨噪声和气动噪声. 通过验证激励源频谱结果的声压级（SPL）峰值频率保证激励源的准确性. 将模型参数和激励源施加到车内噪声EFEA模型上,并预测不同区域的车内噪声。将车内声腔各区域的预测与搭载试验车内噪声SPL进行对比,结果显示,仿真与试验车内噪声声压级在分析频段内的变化趋势基本一致,声压级总值（OASPL）误差小于3 dB(A). 由此验证了提出的方法对于HST车内全频噪声仿真预测的有效性和准确性.     

Analysis theory of spatial vibration of high-speed train and slab track system

The motor and trailer cars of a high-speed train were modeled as a multi-rigid body system with two suspensions. According to structural characteristic of a slab track, a new spatial vibration model of track segment element of the slab track was put forward. The spatial vibration equation set of the high-speed train and slab track system was then established on the basis of the principle of total potential energy with stationary value in elastic system dynamics and the rule of ＂set-in-right-position＂ for formulating system matrices. The equation set was solved by the Wilson-θ direct integration method. The contents mentioned above constitute the analysis theory of spatial vibration of high-speed train and slab track system. The theory was then verified by the high-speed running experiment carried out on the slab track in the Qinghuangdao-Shenyang passenger transport line. The results show that the calculated results agree well with the measured rcsults, such as the calculated lateral and vertical rail displacements are 0.82 mm and 0.9 mm and the measured ones 0.75 mm and 0.93 mm, respectively; the calculated lateral and vertical wheel-rail forces are 8.9 kN and 102.3 kN and the measured ones 8.6 kN and 80.2 kN, respectively. The interpolation method, that is, the lateral finite strip and slab segment element, for slab deformation proposed is of simplification and applicability compared with the traditional plate element method. All of these demonstrate the reliability of the theory proposed.     

爆破震动场动力有限元模拟中爆破荷载的等效施加方法

比较了应用LS-DYNA软件进行爆破震动场数值模拟时的几种不同计算方法的优缺点.结合各方法的特点及爆破震动场模拟的要求,提出了爆破荷载的等效施加方法,即将作用在炮孔壁上的爆破荷载依据圣维南原理等效后,施加在同排炮孔联心线或者面上,以模拟爆炸作用.数值模拟结果表明,不同的爆破荷载施加方法对应的数值模拟结果在近区存在一定差异,但在中远区吻合得较好.因此,使用施加等效爆破荷载的方法对中远区的爆破震动场进行数值模拟是可行的,且该法极大地降低了计算耗费.     

爆破震动场动力有限元模拟中爆破荷载的等效施加方法

比较了,应用LS—DYNA软件进行爆破震动场数值模拟时的几种不同计算方法的优缺点．结合各方法的特点及爆破震动场模拟的要求,提出了爆破荷载的等效施加方法,即将作用在炮孔壁上的爆破荷载依据圣维南原理等效后,施加在同排炮孔联心线或者面上,以模拟爆炸作用．数值模拟结果表明,不同的爆破荷载施加方法对应的数值模拟结果在近区存在一定差异,但在中远区吻合得较好．因此,使用施加等效爆破荷载的方法对中远区的爆破震动场进行数值模拟是可行的,且该法极大地降低了计算耗费．     

Influence of load capacity on hydrostatic journal support deformation in finite element calculation

Based on the application of the four-oil-pad radial hydrostatic bearing in heavy equipments, the deformation of the four-oil-pad radial hydrostatic bearing was calculated by using the finite element method. The formula of film stiffness, film thickness and carrying capacity were established; the influence of the main parameters, such as load, load area and deformation on the supportability was analyzed; and the capacity of the two kinds of bearings was compared. The result shows that the carrying capacity of typeⅠ is prior to that of type Ⅱ . Calculations provide a theoretical basis for the bearing choosing and structure designing in the actual project.     

轨道刚度变化对高速列车-板式轨道系统振动响应的影响分析

针对板式轨道的结构特点,利用横向有限条与板段单元模拟板式轨道,并考虑轮轨竖向位移衔接条件,基于弹性系统动力学总势能不变值原理及形成系统矩阵的“对号入座”法则,建立了高速列车-板式轨道动力学耦合系统的竖向振动矩阵方程.在此基础上,分析了板式轨道的刚度变化对此系统竖向振动响应的影响规律.计算结果表明,合理的轨道刚度将有利于降低此系统的竖向振动响应.并建议CA砂浆刚度合理的取值范围为1 000—1 500 MPa/m,轨下垫层刚度合理的取值范围为60—80 kN/mm.     

超声振动拉丝的有限元模拟研究

超声振动拉丝可以解决难拉拔材料和细微丝的拉拔问题.然而,由于超声振动拉丝的高速度,按照传统的实验方法,很难解决超声振动拉丝机理的进一步分析和理解.因此,尝试采用有限元方法对超声振动拉丝过程进行仿真.从机理上研究超声振动对拉丝过程的作用效果及影响,分析有关超声拉丝的规律及结论.仿真过程采用ANSYS有限元分析软件.结果表明,超声拉丝使变形更加均匀,更有利于发挥材料的塑性;在相同拉丝速度下,应力和拉拔力都有很大程度减小.可见,超声波拉丝可以提高生产效率、并降低成本.研究成果及结论可使超声拉丝理论更加完善.